机床数控技术及应用重点复习提纲 - 图文

该复习资料仅供参考

数控技术参考复习提纲

第一章 数控技术概论

什么是机床数控技术 (Numerical Control Technology,NC）?

答：用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。 什么是数控机床（Numerical Control Machine Tools）? 答：数控机床是采用了数控技术的机床。

数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。

机床本体：

--主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构） --支承件（立柱、床身等）

--特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动交换系统） --辅助装置（如排屑装置等）

什么是数控系统（Numerical Control System）?

答：是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。

什么是计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC）? 答：是以计算机为核心的数控系统。

该复习资料仅供参考

数控技术组成：计算机数控、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相

应的控制软件。

数控机床的特点：适应性、灵活性好；精度高、质量稳定；生产效率高；劳动强度低、劳动条件好；有利于现代化生产与管理；使用、维护技术要求高。

数控机床的适用范围：1、当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；2、当生产批量较大时，宜采用专用机床；3、当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。 数控机床的分类 分 类 方 法 数控机床类型 按运动控制方式 点位 直线 轮廓 按伺服系统 开环 半闭环 闭环 按功能水平 经济型 中档型 高档型 按工艺方法 金属切削数控机床 金属成形数控机床 特种加工数控机床 点位控制：仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。 直线控制：不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。 轮廓控制：对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。

适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。

该复习资料仅供参考

开环控制：没有位置检测装置，信号单向；一般以步进电机作为伺服驱动部件；速度、精度低（受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构传动精度的影响）；结构简单、稳定、成本低、调试维修方便；

适用范围：精度不高的经济型、中小型数控机床。 闭环控制：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差修正，直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。 半闭环控制：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；可以获得稳定的控制特性（其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好），调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。

适用范围：广泛应用。

经济型数控机床：步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10m／min以下。

中档型数控机床：采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为，进给速度为15-24m／min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。

高档型数控机床：采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电机，能实现5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1-，进给速度可达100m／min以上。一般采用32位

以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。 按工艺方法分类：分为：金属切削数控机床、金属成形数控机床、特种加工数控机床。 也可分为：普通数控机床（指加工用途、加工工艺单一的机床）和加工中心（指带有自动换刀装置、能进行多工序加工的机床）。

智能“4M”系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量( Measurement)、建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。

第二章 数控加工程序编制基础

数控程编概念：从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控程编。

该复习资料仅供参考

坐标轴的命名及方向：标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。

坐标数：采用数字控制的运动方向的个数

联动数：数控系统能同时控制的坐标数（2坐标联动加工－－6坐标联动加工）

机床坐标系：是机床上固有的坐标系，用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区

机床原点：是机床坐标系的零点, 是机床上固定的点，一般不允许用户改变。数控车一般在卡盘前后端面的中心，数控铣各厂家不一样，有的工作台中心，有的行程终点等。

机床参考点：是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点，一般设在机床各轴正向极限的位置。

采用增量式测量系统的数控机床开机后，都必须做回零操作，使刀具或工作台回到参考点，将会显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。 工件坐标系与工件原点

1) 由编程人员确定,用于编程；

2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变； 3)根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。 加工程序结构与格式： O0001；程序名

N10 G92 X0 Y0 Z200.0；

N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； ??

N110 M30；程序结束指令

该复习资料仅供参考

宏指令与宏程序

把具有某种功能的一组指令，像子程序一样存储在存储器中，并将该组指令用一个指令代表。 最大特点：

除了使用正常的CNC指令外，可以进行变量运算，用宏指令给变量设定实际值。 何谓工艺指令？

数控加工过程中的各种动作都是事先由程编人员在程序中用指令的方式予以规定的，主要包括准备功能G代码、辅助功能M代码、进给功能F代码、主轴转速功能 S代码、刀具功能T代码等。

准备功能G代码和辅助功能M代码统称为工艺指令，是程序段的主要组成部分。 准备功能G代码

在插补运算之前需要规定，为插补运算作好准备的工艺指令。如：G17、G01、G02、G81 模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替。 非模态代码：仅在所出现的程序段内有效。 数控编程中的常用指令

绝对坐标与增量坐标编程指令G90、G91 快速点定位指令G00 直线插补指令G01

圆弧插补指令G02/G03

刀具半径补偿建立与取消指令G41/G42、G40

该复习资料仅供参考

自动编程方法有：语言编程、图形交互编程??。

图形交互编程系统： ? Pro/Engineer软件 ? UG软件

? MasterCAM软件 ? CAXA ??

1、UG 是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。

2、CATIA是法国达索（Dassault）公司推出的产品，据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选 3、Pro/E 是 美国 PTC （参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维 CAD/CAM （计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业，具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。 4、CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 5、MasterCAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 MasterCAM提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计复杂的曲线、曲面零件。

6、CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品，为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。 CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。 7、EdgeCAM是英国Pathtrace公司出品的具有智能化的专业数控编程软件，可应用于车、铣、线切割等数控机床的编程。目前流行于欧美制造业。英国路径公司正在进行中国市场的开发和运作，为国内的制造业的客户提供更多的选择。

8、VERICUT是美国CGTECH公司出品的一种先进的专用数控加工仿真软件。对数控加工过程的模拟极其逼真。

第四章 计算机数控装置

位置控制单元

进给运动的坐标轴位置控制（包括位置 和速度控制)，如工作台的移动，主轴箱的移动，围绕某一直线轴的旋转运动等。

该复习资料仅供参考

主轴控制，一般只包括速度控制，在很宽的范围内速度连续可调，并在每一种速度下均能提供足够的切削所需的功率和转矩。

轴位置控制：包括位置和速度控制，主轴位置可任意控制。

刀库位置控制：加工中心刀库位置控制，与轴控制相比，性能和要求都低得多，故称简易位置控制。

多微处理器结构

在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，分别实现相应的数控功能。

特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可继续工作。 理器组成：同构多处理器、异构多处理器 结构形式：分布式、主从式、总线式。

多微处理器典型结构: 共享总线型；共享存储器型；混合型结构。

大板式结构：就是将所有或大部分硬件电路集中设计在一块大印刷电路板上，在其插槽内插入部分辅助小印刷电路板，构成硬件，配合软件实现预定数控功能。

功能模块式结构：将CPU、存储器、输入输出控制、位置控制、显示部件等分别做成插件板（硬件模块），相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中，软硬件模块形成一个功能模块。将各功能模块以总线方式实现连接，以积木方式构成CNC装置。 开放式数控系统结构：可移植性、可扩展性、可协同性、规模可变。 刀具半径补偿

刀补处理的主要工作：根据G90/G91计算零件轮廓的终点坐标值。根据R和G41/42，计算本段刀具中心轨迹的终点坐标值。根据本段与前段连接关系，进行段间连接处理。

开环系统：通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。

半闭环和闭环系统：采用数据采样方法进行插补加工，速度计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。 CNC系统软件的特点和结构

特点：多任务性与并行处理技术。

多任务性：显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、位置控制、?

并行处理：系统在同一时间间隔或同一时刻内完成两个或两个以上任务处理。 并行处理的实现方式：①资源分时共享（单CPU）；②资源重叠流水处理（多CPU）。 资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）

在单CPU结构的CNC系统中，可采用“资源分时共享”并行处理技术。即：在规定的时间长度（时间片）内，根据各任务实时性的要求，规定它们占用CPU的时间，使它们分时共享系统的资源。

“资源分时共享”的技术关键： 其一：各任务的优先级分配问题。其二：各任务占用CPU的时间长度，即时间片的分配问题。

该复习资料仅供参考

并发处理和流水处理（对多资源的系统）

在多CPU结构的CNC系统中，根据各任务之间的关联程度，可采用以下两种并行处理技术： ① 若任务间的关联程度不高，则可让其分别在不同的CPU上同时执行—— 并发处理； ② 若任务间的关联程度较高，即一个任务的输出是另一个任务的输入，则可采取流水处理的方法来实现并行处理。

前台程序：主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。

后台程序(背景程序)：完成显示、程序编辑管理、系统输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，其在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。 可编程控制器PLC类型——内装型、独立型

内装型PLC：从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部实现。

独立型PLC：独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务。

CNC名牌厂家：FANUC、SIEMENS、AB、CINCINNATI、NUM、HP、FAG 、GE-FANUC、三菱、华中数控、广州数控、航天数控、蓝天数控、北京FANUC、上海开通数控、南京方达数控、威海华东数控、南京清华数控?

日本FANUC公司和德国SIEMENS公司的数控系统在数控机床行业占据主导地位。

第五章 数控机床的控制原理

插补：是一种运算程序，经过运算，判断出每一步怎样进给误差更小？应同时向几个、还是一个坐标轴进给？进多少？??

插补技术：是数控系统的核心技术。数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题。

脉冲当量或最小分辨率：刀具或工件移动的最小位移量。 插补的实质 是根据有限的信息完成“数据密化”工作。 粗插补：采用软件方法，将加工轨迹分割为线段

精插补：采用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。

直线和圆弧是构成零件轮廓的基本线型，CNC系统都有直线插补、圆弧插补两种基本功能。 三坐标以上联动的CNC系统中，一般还有螺旋线插补等功能。 主要插补方法：基准脉冲插补、数据采样插补。 基准脉冲插补（脉冲增量插补、行程标量插补）

每次插补结束时向各运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动各坐标轴进给电机的运动。 每个脉冲使坐标轴产生1个脉冲当量的增量，代表刀具或工件的最小位移； 脉冲数量 代表刀具或工件移动的位移量； 脉冲序列频率 代表刀具或工件运动的速度。

特点：运算简单，用硬件电路实现，运算速度快。适用步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统。有的数控系统将其用于数据采样插补中的精插补。

基准脉冲插补方法：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。 应用较多方法：逐点比较法、数字积分法 数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）

采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来逼近轮廓曲线。 第一步粗插补：

时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔,称为插补周期T。在每个T 内,计算轮廓步长 l＝F2T,将轮廓曲线分割为若干条长度为轮廓步长l的微小直线段；

该复习资料仅供参考

第二步精插补：

在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作。 一般将粗插补运算称为插补，由软件完成；精插补可由软件、硬件实现。 着重解决两个问题（选择题）

1. 如何选择插补周期T？2. 如何计算在一个插补周期内各坐标轴的增量值△x或△y？ 答：1、①插补周期与插补运算时间的关系，插补周期T必须稍大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和。

②插补周期与位置反馈采样周期的关系，插补周 期应该是采样周期的整数倍，或者两者相同。 ③插补周期与精度，速度的关系，直线插补中理论上不会造成轨迹误差，圆弧插补会造成理论轨迹误差，插补周期T应该尽可能地小。

插补周期T＞插补运算时间，为什么？（选择题） 答：因为除完成插补运算外，

还要执行显示、监控、位置采样及控制等实时任务。

T与采样周期T(反馈)可相同或不同，一般：T＝ T(反馈)的整数倍

如：美国A-B公司的7300系列，T＝T(反馈)，日本FANUC 7M系统，T＝8ms，T(反馈)=4ms 现代数控系统的 T 已缩短到 2~4ms，有的小于1ms。 闭环、半闭环系统采用数据采样插补方法。

数据采样插补方法：直线函数法、扩展数字积分法、 二阶递归扩展数字积分法、双数字积分插补法等。 应用较多方法：直线函数法、扩展数字积分法

插补方法：脉冲增量插补(逐点比较法（大题）S5P54，DDA法)、数据采样插补(直线函数法，扩展DDA法)

222圆弧插补：（要掌握圆弧插补的计算,记公式，要填表） Fi,j?xi?yj?RFi，j＝0时，点在圆弧上；Fi，j＞0时，点在圆弧外；Fi，j＜0时，点在圆弧内。将Fi，j=0归于Fi，j＞0

插补第Ⅰ象限逆圆弧

1）Fi，j≥0时 2) Fi，j＜0时

Fi?1,j

2?xi2?1?y2j?R2?(xi?1)2?y2j?R2?(xi2?y2j?R)?2xi?12Fi,j?1?xi2?y2j?1?R?xi2?(yj?1)2?R22?(xi2?y2j?R)?2yj?1?Fi,j?2xi?1?Fi,j?2yj?1插补第Ⅰ象限顺圆弧

1）Fi，j≥0时 2）Fi，j＜0时

2Fi,j?1?xi2?y2j?1?R

?xi2?(yj?1)2?R2

2 ?(xi2?y2?R)?2yj?1j?Fi,j?2yj?12Fi?1,j?xi2?1?y2j?R2?(xi?1)2?y2?Rj2?(xi2?y2?R)?2xi?1j?Fi,j?2xi?1 该复习资料仅供参考

该复习资料仅供参考

数字积分法又称数字微分分析器（Digital Differential Analyzer，简称DDA），利用数字积分的原理，计算刀具沿坐标轴的位移，使刀具沿所加工的轨迹运动。 采用数字积分法进行插补的优点：

运算速度快、脉冲分配均匀、易于实现多坐标联动或多坐标空间曲线的插补，在轮廓控制数控系统中应用广泛。

DDA插补基本原理：求函数y=f（x）对 x 的积分运算，从几何概念上讲，是求此函数曲线与 X 轴在积分区间所包围的面积 F。 提高DDA法插补质量的措施

1．进给速度的均匀化措施——左移规格化；2．提高插补精度的措施—余数寄存器预置数。 重点：分析原因，措施及依据

直线函数法 圆弧插补时，以内接弦进给代替弧线进给。

在轮廓加工中，由于刀具有一定的半径，刀具中心轨迹并不等于零件轮廓轨迹。应使刀具中心轨迹偏离轮廓一个半径值，这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。 刀具半径补偿主要方法：B刀具半径补偿和C刀具半径补偿。

C刀具半径补偿：能自动处理两相邻程序段间连接（即尖角过渡）的各种情况，并直接求出刀具中心轨迹的转接交点，然后再对原来的刀具中心轨迹作伸长或缩短修正。

该复习资料仅供参考

第六章 数控机床的检测装置

组成：检测元件（传感器）、信号处理装置。

作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，构成伺服系统闭环或半闭环控制。

半闭环控制的数控机床：旋转变压器、编码器等，安装在电机或丝杠上，测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台直线位移。

闭环控制系统的数控机床：感应同步器、光栅、磁栅等，安装在工作台和导轨上，直接测量工作台的直线位移。

半闭环、闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的。 位置检测装置的精度：系统精度、分辨率

系统精度：一定长度或转角范围内测量累积误差的最大值。

一般：直线位移检测精度：±0.002～0.02㎜／m；回转角测量精度：±10″／360° 系统分辨率：测量元件所能正确检测的最小位移量。

数控系统中的检测装置按检测的物理量不同，分位移、速度和电流三种类型。

位移检测装置：①安装位置——直接测量和间接测量；②测量方法——增量型和绝对型; ③ 检测信号的类型——模拟式和数字式；④运动型式——回转型和直线型。

数控机床对检测装置的主要要求：

1）受温、湿度影响小，工作可靠，抗干扰能力强； 2）在机床移动范围内满足精度和速度要求； 3）使用维护方便，适合机床运行环境； 4）成本低；

5）易于实现高速的动态测量。

旋转变压器：是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机，数控机床上常见的角位移测量装置，广泛用于半闭环控制的数控机床。

优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输出信号幅度大和抗干扰能力强等特点。 缺点：信号处理比较复杂。 旋转变压器的分类

按有无电刷分：接触式和无接触式； 按极对数分：单对极和多对极；

按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以及特殊函数旋转变压器等。 旋转变压器的工作原理

原理：电磁感应，当定子加上一定频率的激磁电压时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电势，其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。

该复习资料仅供参考

由角位移如何计算直线位移?

将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个导程，就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。要检测工作台的绝对位置，需加一台绝对位置计数器，累计所走的导程数，折算成位移总长度。转子每转1周，转子的输出电压不止一次通过零点，需加相敏检波器来辨别转换点和区别不同的转向。 感应同步器

根据用途和结构特点分：直线式、旋转式。

直线式：定尺、滑尺，测直线位移，用于闭环伺服系统。 旋转式：定子、转子，测角位移，用于半闭环伺服系统。

“节距” 2ι是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距2mm。

直线感应同步器的标准定尺长度一般为250mm，测量范围增加时，将定尺接长。 定尺全部接好后，采用激光干涉仪或量块 + 千分表进行全长误差测量，使总长度上的累积误差≤单块定尺的最大偏差。 感应同步器工作原理 滑尺、定尺发生相对位移,由于电磁耦合的变化，使感应绕组的感应电压随位移的变化而变化。 当滑尺移动距离为 ，滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角变化 ；当移动 x 时，则相位角变化θ角度。

该复习资料仅供参考

鉴相工作方式

给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同，相位相差90°的交流励磁电压

通过鉴别定尺感应输出电压的相位，即可测量定尺和滑尺之间的相对位移。 例如：

定尺感应输出电压与滑尺励磁电压之间的相位 差为3.6°，表明滑尺移动了多少mm？

鉴幅工作方式：给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率、相位相同，但幅值不同。 光栅的种类

通常意义上讲，光栅按用途分，有两大类： 物理光栅（衍射光栅）：200～500条/㎜，栅距0.002～0.005㎜，主要是利用光的衍射原理，用于光谱分析和光波波长的测定。

计量光栅：25条/㎜、50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜等，栅距0.004～0.25㎜，主要是利用光的透射和反射现象，用于数控机床闭环检测系统。 按形状：长光栅（直线光栅）：检测线位移圆光栅：测量角位移 直线光栅按制作原理：玻璃透射光栅、金属反射光栅。

玻璃透射光栅：是在玻璃的表面上涂上一层均匀的感光材料或金属镀膜，用照相腐蚀等方法制成透明与不透明间隔相等的线纹。 特点：

光源可采用垂直入射，光电元件可直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单；每毫米上线纹数多，一般为100、125、250条/mm，经过电路细分，可做到微米级的分辨率。 金属反射光栅：在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀刻划制成的光栅线纹；常用的线纹数为4、10、25、40、50条/mm ，分辨率低。 特点：

①标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致；②标尺光栅的安装和调整比较方便； ③安装面积较小；④易于接长或制成整根的钢带长光栅；⑤不易碰碎。

圆光栅：在玻璃圆盘外环端面上，做成黑白相间、呈辐射状条纹，相互间夹角(栅距角)相等。 一般有3种形式：（1）六十进制；（2）十进制；（3）二进制。 光栅的结构与测量原理（以玻璃透射式直线光栅为例） 光栅的结构

组成：标尺光栅、光栅读数头标尺光栅与行程等长，通常光栅长度为1m，行程大于1m时，需要将光栅接长。

该复习资料仅供参考

安装：标尺光栅一般安装在机床活动部件上（如工作台上或丝杠上）；光栅读数头安装在机床固定部件上（如机床底座上）。指示光栅装在光栅读数头中。

光栅读数头组成：光源、透镜、指示光栅、光敏元件、驱动线路。 常见结构按光路分：分光读数头、垂直入射读数头、反射读数头 作用：将莫尔条纹的光信号转换成电脉冲信号。 光栅的基本测量原理

在光源照射下，在与两光栅线纹角θ的平分线相垂直的方向上，形成明暗相间条纹—— 莫尔条纹（横向莫尔条纹），两条亮（暗）纹间的距离称莫尔条纹宽度 w 。 莫尔条纹特性：

（2）均化误差作用：莫尔条纹 → 大量光栅线纹形成 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度

（3）莫尔条纹移动与栅距移动成比例（同步性）：

光栅移动一栅距d → 莫尔条纹移动一个间距w光栅移动方向相反，莫尔条纹移动方向也相反。在一个栅距 d 内，光电元件所检测的光强变化为正弦（或余弦）变化。 如何提高光栅检测装置的精度?

①增加线纹密度，但制造较困难，成本高。采用倍频的方法来提高光栅的分辨精度。 ②四倍频鉴向电路在光栅测量系统中被广泛使用。 所谓四倍频，就是在1个莫尔条纹宽度内安装彼此距离1/4个莫尔条纹宽度的4个光电元件，这样，莫尔条纹移动时，4个光电元件将产生4个依次相差1/4周期（90°相位）的正弦信号。 1个莫尔条纹宽度对应1个脉冲信号的输出变为4个脉冲信号的输出，即光栅每移动1个栅距 d 就对应输出4个脉冲信号，这样，分辨率提高了四倍。 例：光栅线纹密度50条/mm（栅距20μm），经4倍频处理后，线纹密度提高到200条/mm，工作台每移动5μm送出一个脉冲，即分辨力为5μm，提高4倍。分辨率取决于光栅栅距 d 和鉴向倍频的倍数 n，即：分辨率＝ d / n。

用光栅测量位移，光栅发出22500脉冲，测得距离为112.5mm，光栅的分辨率是多少?

编 码 器

两种安装方式：①编码器和伺服电机同轴联接在一起，伺服电机再和滚珠丝杠连接；内装 ②联接在滚珠丝杠末端；外装

接触式编码器：是一种绝对值式的检测装置，可直接将被测转角用数字代码表示出来，每一个角度位置均有唯一对应的代码。即使断电或切断电源，也能读出转动角度。 消除误差：采用循环码（格雷码）。

格雷码盘：各码道的数码不同时改变，每次只切换一位数，把误差控制在最小单位内。 优点：结构简单、体积小、输出信号强。

缺点：电刷磨损造成寿命降低，转速不能太高（每分钟几十转），精度受码道数限制。使用范围有限。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8ooh.html